Разработка композитов на основе среднеэнетропийного сплава NbTiZr, упрочненных боридными частицами, для биомедицинских применений

Название НИОКТР	Разработка композитов на основе среднеэнетропийного сплава NbTiZr, упрочненных боридными частицами, для биомедицинских применений
Аннотация	Предлагаемый проект является продолжением Проекта 2022 года, в котором была показана возможность упрочнения эквиатомного сплава TiNbZr с однофазной β матрицей волокнами боридов (Ti,Nb)B. Результаты Проекта 2022 показали, что посредством введения упрочнителей (Ti,Nb)B в эквиатомную матрицу TiNbZr можно значительно повысить прочность без значимого роста значений модуля Юнга, а также достичь высоких показателей коррозионной стойкости, износостойкости и биосовместимости полученных композитов TiNbZr/(Ti,Nb)B. Однако для дальнейшего улучшения механических свойств и баланса прочность-пластичность необходимо повышение характеристик материала матрицы. Используемая в Проекте 2022 β матрица эквиатомного сплава TiNbZr давала ограниченный вклад в прочность и пластичность, а достижение высоких значений прочности за счет введения волокон (Ti,Nb)B сопровождалось нежелательным снижением пластичности композитов TiNbZr/(Ti,Nb)B. В настоящем проекте предполагается изучение композитов на основе сплавов Ti13Nb13Zr и Ti18Nb8Zr, имеющих двухфазную структуру, состоящую из равноосных β-зерен с игольчатыми внутризеренными выделениями α-мартенсита (Ti13Nb13Zr) или α″-мартенсита (Ti18Nb8Zr). Данные биомедицинские сплавы Ti13Nb13Zr и Ti18Nb8Zr обладают высокими значениями пластичности и низкими значениями модуля Юнга. Использование данных сплавов в качестве матричных и реализация мартенситного превращения совместно с введением боридов позволит добиться возможного синергетического эффекта от реализации целой совокупности механизмов упрочнения: твердорастворное, деформационное, зернограничное упрочнение, дисперсионное твердение, а также упрочнение от волокон боридов (дисперсионное упрочнение). Применение деформационной обработки позволит оценить возможность и установить механизмы деформационного упрочнения новых композитов Ti13Nb13Zr/(TiNbZr)B и Ti18Nb8Z/(TiNbZr)B. В новых композитах будет изучена стехиометрия формирующихся in-situ боридов (TiNbZr)B, исследована взаимосвязь между составом (матрицы Ti13Nb13Zr и Ti18Nb8Zr и доля упрочнителя (TiNbZr)B), фазово-структурным состоянием матриц, боридами и свойствами композита. Композиты с различным содержанием боридов в интервале ~0,1-5,0 об.% будут получены тремя различными методами – вакуумно-дуговым переплавом, селективным лазерным плавлением и искровым плазменным спеканием. Анализируя опыт Проекта 2022, в данном проекте будут учтены возможные риски и недостатки каждого метода получения для достижения регламентированной структуры и высоких механических и функциональных свойств композитов. Будет определено влияние объемной доли боридов на механические свойства композитов, полученных литьем, селективным лазерным плавлением и искровым плазменным спеканием. Будут оценены вклады различных механизмов упрочнения в результирующую прочность композитов и определен комплекс механических (модуль Юнга, прочность, пластичность) и функциональных (сопротивление коррозии, износостойкость) свойств композитов, полученных различными методами. Будут проведены исследования на цитотоксичность in vitro. По итогам выполнения проекта будут выбраны наиболее приемлемые методы получения, композиции (матрица и объемная доля боридов) и возможные режимы деформационно-термической обработки композитов, обеспечивающие формирование регламентированной структуры и наилучшего комплекса свойств с целью применения композитов в ортопедии и травматологии. Полученные результаты расширят представления о соотношениях метод-состав-структура-свойства в композитах на основе сплавов системы Ti-Nb-Zr, упрочненных боридами, и продолжат формирование методологической основы для создания и развития практически-ориентированных металломатричных композитов, перспективных для конструкционных и функциональных применений.
Доступ к ОКОГУ исполнителя	False
Количество связанных РИД	0
Количество завершенных ИКРБС	0
Сумма бюджета	14000.0
Дата начала	2025-06-10
Дата окончания	2026-12-31
Номер контракта	СОГЛАШЕНИЕ № 22-19-00476-П
Дата контракта	2025-06-10
Количество отчетов	2
УДК	669.017.3; 669.017.3:620.18
Количество просмотров	3
Руководитель работы	Озеров Максим Сергеевич
Руководитель организации	Карловская Евгения Анатольевна
Исполнитель	ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "БЕЛГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"
Заказчик	Российский научный фонд
Федеральная программа	Отсутствует
Госпрограмма	—
Основание НИОКТР	Грант
Последний статус	2025-12-05 07:01:00 UTC, 2025-12-05 07:01:00 UTC
ОКПД	Услуги, связанные с научными исследованиями и экспериментальными разработками в области прочих естественных наук, прочие, не включенные в другие группировки
Отраслевой сегмент	—
Минздрав	—
Межгосударственная целевая программа	—
Ключевые слова	механические свойства; селективное лазерное плавление; биосовместимость; Металл-матричный композит; среднеэнтропийный сплав; биомедицинские материалы; вакуумно-дуговой переплав; деформационно-термическая обработка; эволюция структуры; коррозионные свойства
Соисполнители	—
Типы НИОКТР	Фундаментальное исследование
Приоритетные направления	—
Критические технологии	—
Рубрикатор	53.49.05 - Фазовые и структурные превращения в металлах и сплавах
OECD	—
OESR	Композитные материалы (включая ламинаты, армированные пластмассы, металлокерамику, комбинированные ткани из натуральных и синтетических волокон; наполненные композиты)
Приоритеты научно-технического развития	а) переход к передовым технологиям проектирования и создания высокотехнологичной продукции, основанным на применении интеллектуальных производственных решений, роботизированных и высокопроизводительных вычислительных систем, новых материалов и химических соединений, результатов обработки больших объемов данных, технологий машинного обучения и искусственного интеллекта;
Регистрационные номера	—